网络药理学研究中的网络构建技术

网络构建技术是网络药理学研究中的基础技术,也是核心技术。通过整合来源于实验、数据库和计算预测等的包含药物、疾病及生物分子等在内的用于网络构建的相关数据,采用复杂网络构建技术进行药物作用相关、疾病相关和生物分子相关的网络模型构建,尤其对于以阿尔茨海默病为代表的复杂疾病分子网络的构建,为进一步重要靶标的辨识、发病机制和药物作用机制的阐释、指导药物开发,以及药物重定位等打下基础。本文就网络药理学研究相关的药物组网络、疾病组网络和分子相互作用组网络等的构建及其可视化技术进行综述。     

网络药理学方法研究石菖蒲治疗神经退行性疾病的作用机制

目的 从系统水平研究石菖蒲治疗神经退行性疾病的有效成分和作用机制.方法 采用计算机网络药理学方法,从中药系统药理学数据库中筛选石菖蒲治疗神经退行性疾病的活性成分,并构建药物-靶标-疾病网络.结果 通过网络药理学方法筛选出石菖蒲活性成分20种,显示该中药化学成分和作用靶点与阿尔茨海默病、抑郁症和帕金森综合征等神经退行性疾病之间存在一定的联系.结论 通过网络药理学方法构建的石菖蒲网络可以将该中药化学成分的聚类、差异以及有效成分与相关靶标及疾病的复杂分子作用机制可视化.     

蒙药复方协日嘎-4的网络药理学研究

目的对蒙药复方协日嘎-4进行网络药理学研究,探索其治疗前列腺增生、前列腺癌等疾病的活性成分和作用靶点,运用计算机网络药理学技术对协日嘎-4所含化学成分的作用机制进行分析。方法通过中国知网,万方数据库等数据库筛选蒙药复方协日嘎-4所含化合物信息,通过Pubmed、Super Target、Drug Bank、TTD(Therapeutic Targets Database)等数据库收集蒙药协日嘎-4中化学成分对应的靶点,通过KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)、IPA(Ingenuity Pathway Analysis)等数据库收集相关信号通路,采用Cytoscape软件建立多成分-多靶点和多成分-多靶点-多疾病网络模型。结果药物与靶点之间存在的相关性为潜在靶点的探索提供了一条新途径。筛选结果显示蒙药复方协日嘎-4中有33种化合物与12种生物靶标存在网络交互作用,他们之间的相关性,揭示了网络药理学"多成分""多靶点"的特征。同时化合物与靶点连接最终共同作用于疾病即良性前列腺增生和前列腺癌,建立了蒙药复方协日嘎-4化学成分-靶点-疾病网络模型。通过数据库筛选得到两条主要信号通路,雄激素受体(AR)信号通路和Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin)信号通路。结论本文建立了一条"疾病-靶点-药物"的蒙药复方网络药理学的研究模式,为蒙药的研究和发展提供了新的思路和方法。     

网络药理学在中医药研究中的现状及思考

网络药理学已成为中医药药理基础与作用机制研究的热门工具,广泛应用于中药活性成分筛选、药物重定位、中药配伍机制探索及中医药多成分、多靶点、多通路的作用机制阐释等。回顾网络药理学的发展历程,整理现阶段网络药理学相关的中医药数据库、疾病数据库、功能注释数据库,对网络药理学在中医药现代化研究中的应用进行简要综述,并指出研究中面临的问题及挑战,进而展望中医药网络药理学研究的发展方向,以期为规范、合理使用网络药理学进行中医药研究提供指导,同时也为引领中医药原创研究的发展以及中药新药研发提供思路。     

基于网络药理学的建昌帮姜天麻对偏头痛作用机制研究

目的:基于网络药理学研究姜天麻对偏头痛的作用机制。方法:选取前期姜制天麻前后已确定的20种差异性成分为研究对象,通过Swiss target prediction等数据库,预测这些成分与偏头痛相关靶点之间关系,利用Cytoscape软件构建“药物-化合物-靶点-疾病”的网络图,并进行GO功能和KEGG通路富集分析。结果:这些化合物可与偏头痛ACE、TNF、EDNRA、ESR1、HTR1B等150个相关靶蛋白作用,通过17条通路作用于偏头痛。结论:网络分析发现,姜制天麻后对偏头痛可能的作用机制是:通过Ca²⁺、cAMP、血管内皮生长因子和花生四烯酸代谢等信号通路,以减少炎症因子和神经递质的产生,缓解偏头痛症状,以达到治疗作用。     

基于网络药理学探究清肺达原颗粒治疗肺炎的药理作用机制

采用网络药理学方法研究清肺达原颗粒治疗肺炎的潜在作用机制。利用中药整合药理学平台（TCMIP）获取清肺达原颗粒的活性成分及其相关靶标;利用Cytoscape 3.7.2软件构建“成分－靶标－疾病”网络与PPI网络;在TCMIP平台进行GO功能富集分析和KEGG通路富集分析,获取清肺达原颗粒治疗肺炎的“中药材－化学成分－关键靶标－作用通路”的多维网络分析结果,探讨其多成分多靶点多作用通路治疗肺炎的作用机制。在清肺达原颗粒中筛选出474个活性成分和865个药物作用靶点;其核心靶标为NF-κB、TNF-α、MAPK3、IL-1β、PTGS、CASP3等;GO功能富集分析表明药物可能通过免疫调节、细胞凋亡等干预炎症;KEGG信号通路分析表明主要与糖尿病并发症AGE-RAGE通路、IL-17通路、T细胞受体通路、肿瘤坏死因子信号通路等密切相关。清肺达原颗粒能通过多成分、多靶点、多途径的作用方式,从炎症反应、免疫调节等发挥其治疗肺炎的作用。     

柴胡多组分协同治疗乳腺癌作用机制的网络药理学研究

目的:运用网络药理学方法筛选柴胡治疗乳腺癌的有效成分和作用靶点,探究其成分-靶点-疾病的关系。方法:通过中药系统药理学数据库信息挖掘及文献检索收集筛选柴胡的活性成分;多个数据库联用筛选柴胡的作用靶点及乳腺癌疾病相关基因,构建成分靶点-疾病靶点的可视化网络拓扑关系图,筛选出核心靶点。进一步进行蛋白互作网络分析、GO生物学过程富集、信号通路富集分析。结果:柴胡的11个活性成分可通过调控PTGS2、NOS2、AR、ESR2等52个乳腺癌疾病靶点,影响类固醇激素受体活性等生物学过程及内分泌抵抗、铂耐药、乳腺癌相关信号通路,从而发挥治疗乳腺癌的作用。结论:本研究初步验证了柴胡治疗乳腺癌的靶点及作用方式,可为进一步揭示其作用机制奠定基础。     

基于分子对接和网络药理学的僵蚕息风止痉作用机制分析

目的: 通过网络药理学分析和分子对接技术探讨僵蚕息风止痉作用可能的分子机制。方法：基于文献挖掘及数据库搜索获取僵蚕化学成分,利用Swiss Target Prediction数据库预测僵蚕作用靶点,应用DisGeNET数据库收集惊厥疾病相关靶点,借助 Cystoscape 软件与STRING数据库对交集靶点进行蛋白互作网络分析,使用DAVID数据库进行GO及KEGG富集分析,同时将成分与靶点网络分析结果进行分子对接。结果：通过文献挖掘及数据库搜索共检索出僵蚕潜在活性成分18个,有效作用靶点513个,与惊厥疾病交集靶点有22个,这些靶点主要参与了细胞过程、细胞转运活性、受体活性、对刺激应答等生物过程,涉及神经活性配体受体相互作用、抗内源性大麻素信号、胆碱能突触等9条信号通路。分子对接显示,僵蚕成分与潜在靶点具有较好的结合活性。结论：本文构建了僵蚕“药物活性成分靶点”网络,为系统阐明僵蚕息风止痉作用的分子机制提供了理论参考,同时为新药研发提供了新的思路与方法。     

网络药理学在中药研究中的应用进展

中药具有多成分、多靶点和整体作用的特点, 网络药理学具有与中药作用类似的特点, 选择网络药理学技术来研究中药的药效物质基础和作用分子机制成为一种趋势。网络药理学技术可以帮助研究人员聚焦所需要研究的蛋白、基因和通路, 成为研究人员常用的筛选工具。主要介绍了网络药理学常用研究方法, 常用数据库和工具, 对网络药理学在中药药效物质基础和作用机制、中药药性理论和中药的毒性作用机制方面的应用进行综述, 并对网络药理学在中药应用中面临的挑战及展望进行总结, 以期为后续网络药理学在中药中的研究提供一定参考。      

冠心丹参滴丸调控双心疾病的分子网络机制

目的网络药理学是以"成分-靶点-疾病"相互作用网络为基础,通过网络分析,系统观察药物对疾病的影响,揭示多分子药物协同作用人体的奥秘,为剖析中药复方的作用机制提供了新方法。于是基于分子网络药理学技术,研究冠心丹参滴丸(丹参、三七、降香组成)作用于双心疾病潜在的药效物质基础和网络调控机制。方法通过PubMed数据库进行中药成分检索,将检索到的三位中药的成分分别在PubChem数据库里找到对应的ID号码,通过IPA商业数据库找到中药成分对应的靶点,并将通过OMIM数据库找到的"双心"疾病对应的靶点进行共靶点筛选,Cytoscape软件建立多成分-多基因-多疾病网络模型。结果通过文献检索和数据库检索获得冠心丹参滴丸中人参皂苷二醇型(Rb1,Rb2,Rc,Rd,Rh2)和人参皂苷三醇型(Re,Rg1,Rg2,Rh),三七皂苷(notoginsenoside) R1,R2,R4,R5,Fa,Fc,Fe。丹参酮Ⅰ,丹参酮ⅡA,丹参酮ⅡB,丹参酮Ⅲ,隐丹参酮,羟基丹参酮,丹参酸甲酯,丹参素,丹酚酸A,B,C,原儿茶酸,原儿茶醛及其黄酮和反式-橙花叔醇等54种特征性成分,结合OMIM获得的双心有效靶点,将权重最高的成分进行网络分析可得14种活性成分,其可以调控ESR2, MMP9, ESR1, SLC2A1,等46个与"双心"相关疾病基因的表达,涉及冠心病、心律失常、神经官能症、高血压、糖尿病、抑郁、焦虑等30种疾病。结论该研究初步从分子水平分析了心血管疾病与抑郁、焦虑等相关疾病的共性靶点,构建了冠心丹参滴丸分子-靶标蛋白--疾病网络,为冠心丹参滴丸多组分、多靶点、多途径治疗双心疾病奠定了进一步的分子理论基础。     

基于网络药理学探讨病-证-方对应关系的研究思路

病-证-方对应关系是将中医的辨证论治体系与西医对疾病的诊断模式相结合,研究符合中医自身规律的临床疗效评价方法和标准。网络药理学在方法学上具有整体性和系统性的特点,而这一特点与传统中医整体观和辨证论治的原则相互吻合。运用网络药理学方法研究病-证-方对应关系,可以揭示疾病、证候、方药之间的内在联系及网络调控机理,从而更深入的把握辨证论治的精髓。     

建立中医药网络心血管病学的思考

随着复杂网络理论研究的进展,对于复杂系统的认识和探索方法已经发生了革命性的变化。基于网络的方法应用在生物医学研究中,产生了网络生物学和网络药理学。心血管系统可以抽象为一个复杂网络,而心血管疾病则可以看作网络结构和功能的损伤所致。中医药治疗心血管疾病确有良好的临床疗效,而其相关机制至今仍未阐明。笔者提出在复杂网络理论、网络生物学和网络药理学指导下,应用网络的方法来研究中医药防治心血管疾病的机制,从而产生一门新的学科——中医药网络心血管病学。本文简单介绍了复杂网络理论、网络生物学和网络药理学,从网络的角度阐发了“病-证-方-药”相关的实质。将网络生物学用于分析心血管疾病和证候,网络药理学用于分析复方和中药,这种基于“网络一网络”的研究方法可以为阐明中医药机制提供新的视角。     

基于网络药理学探讨女贞子治疗动脉粥样硬化的作用机制

[目的] 基于网络药理学和生物信息学方法分析女贞子治疗动脉粥样硬化的分子生物学机制。[方法] 基于TCMSP数据库与文献挖掘女贞子中化学成分; 利用PharmMapper网站预测女贞子化学成分靶点, 构建"成分-靶点"网络; 利用TTD、DisGeNET、DrugBank数据库筛选与AS疾病作用相关靶点。利用Cytoscape软件对化合物靶点和AS疾病靶点进行网络拓扑分析。利用STRING数据库对共有靶点构建PPI网络, 进行GO分析和KEGG分析。采用油红O染色和检测细胞内总胆固醇含量评价红景天苷和毛蕊花糖苷抗动脉粥样硬化活性。[结果] "成分-AS疾病靶点"网络显示14个活性成分和170个疾病靶点; 女贞子化学成分和动脉粥样硬化共同靶点9个; GO分析确定352个条目, KEGG通路富集结果确定了14条与AS相关的通路。细胞实验显示红景天苷和毛蕊花糖苷显著减少泡沫细胞的形成, 降低细胞内胆固醇含量。[结论] 女贞子中苯乙醇苷类化合物可能通过调节AMPK、PPAR信号通路调节胆固醇代谢发挥抗动脉粥样硬化作用。     

基于网络药理学的吴茱萸抗肿瘤作用机制研究

目的基于网络药理学研究吴茱萸抗肿瘤的作用机制。方法采用活性成分筛选、靶点预测技术,结合生物信息学手段,预测吴茱萸抗肿瘤的潜在作用靶点,并进行信号通路分析,从而探讨其治疗肿瘤的分子机制。结果吴茱萸在TCMSP数据中搜索得到30个相应成分,同时利用靶点预测技术共筛选出相关靶点123个。同时在疾病基因数据库检索得到21 365个与肿瘤发生、发展有关的已知靶点基因,利用String数据库和Cytoscape软件中的网络拓扑分析共筛选得出关键靶点5个。结论吴茱萸作为中药对肿瘤的作用具有多成分、多靶点、协同作用的特点。     

基于专利信息的脑电图技术成熟度及技术网络分析

以德温特专利索引数据库收录的脑电图技术主题专利数据为研究样本,基于技术成熟度理论,绘制出技术S曲线模型,对脑电图技术的生命周期、发展进程和未来趋势进行了研究。同时通过专利德温特分类代码的共类网络,进行聚类分析和战略坐标分析,揭示了不同技术领域的关联关系和演变趋势。利用专利德温特手工代码的共词网络进行频次和中心性分析,以识别EEG技术的研究布局和热点研究主题。     

基于网络药理学预测当归贝母苦参丸治疗前列腺癌作用靶点及细胞内信号转导通路

目的:通过网络药理学方法预测分析当归贝母苦参丸治疗前列腺癌的潜在机制。方法:通过TCMSP数据库检索中药的化学成分和作用靶点,并于UniProtKB网络平台获取每种靶蛋白的基因名。借助CTD等数据库查询疾病靶点。在STRING数据库中构建蛋白-蛋白互作网络（PPI）,于Cytoscape中进行网络可视化分析。通过DAVID数据平台对关键靶蛋白进行分析。结果:从TCMSP数据库中共筛选得到26个药物有效成分。PPI网络包括135个药物疾病交集靶基因,关键蛋白为34个。基因本体论（GO）分析这些靶基因涉及生物功能条目最多,共290个。京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路主要涉及肿瘤信号通路等。结论:当归贝母苦参丸治疗前列腺癌是多靶点、多通路协同作用的结果,能够通过抑制细胞增殖,促进细胞凋亡,抑制迁移以及抑制肿瘤血管生成等多方面发挥其抗肿瘤作用。     

基于专利信息的EEG技术成熟度及技术网络分析

选取德温特专利索引数据库收录的EEG技术主题专利数据为研究样本,对EEG技术成熟度及技术网络进行分析。基于技术成熟度理论,绘制出技术S曲线模型,对EEG技术的生命周期、发展进程和未来趋势进行了研判。通过专利德温特分类代码的共类网络,进行聚类分析和战略坐标分析,从而揭示不同技术领域的关联关系和演变趋势。利用专利德温特手工代码的共词网络进行频次和中心性分析,以识别EEG技术的研究布局和热点研究主题。     

基于网络药理学和分子对接技术探讨续断促进骨折愈合的机制

目的 采用网络药理学以及分子对接技术分析续断促进骨折愈合的机制。方法 通过中药系统药理学数据库与分析平台(traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform, TCMSP)检索续断有效成分,设定口服药物生物利用度(oral drug bioavailability,OB)≥30%和类药性指数(drug like index, DL)≥0.18作为筛选标准,并获得续断有效活性成分的作用基因靶点。在TTD、OMIM、GeneCards、DrugBank、PharmGkb等数据库进行搜索,获取骨折的相关基因靶点。将续断作用靶点与骨折相关基因靶点进行匹配,获取交集得到主要靶点基因。通过EVenn将结果可视化。通过DAVID、STRING数据库等对主要靶点基因进行基因本体(gene ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析以及构建蛋白相互作用网络。通过不同算法获得主要靶点基因中的关键基因。最后通过Pymol、Autoduck等软件进行分子对接,并计算最低结合能、结合位点以及确定定活性口袋。结果 通过TCMSP数据库筛选得到续断有效成分8个,作用靶点63个,删除重复靶点,最终得到作用靶点53个。通过TTD、OMIM、GeneCards、DrugBank、PharmGkb等数据库查询骨折相关作用靶点,得到5 115个相关靶点。通过匹配以及交集分析,获得续断促进骨折愈合的34个作用基因靶点。通过DAVID数据库,分析得到续断治疗骨折的作用基因靶点参与的生物学过程76个、细胞成分20个、分子功能20个。通过STRING数据库,构建续断治疗骨折的蛋白互作网络,共纳入34个基因,79个连接。平均degree参数为4.65。导入Cytoscape软件,通过计算degree以及betweenness,获取续断治疗骨折的关键基因为PTGS2、HSP90AA1、MAPK14。采用对子对接分析发现续断中生物利用度最优的有效成分(E,E)-3,5-Di-O-caffeoylquinic acid、Gentisin、Sylvestroside Ⅲ_qt与关键基因PTGS2、HSP90AA1、MAPK14最低结合能均小于0,并得到结合位点。结论 通过网络药理学及分子对接技术,阐明续断促进骨折愈合的可能的潜在靶点,预测了其发挥药理作用的有效成分以及关键基因。     

基于复杂网络技术的冠心病患者四诊信息分布模式的研究

目的探讨冠心病患者四诊信息的复杂网络分布模式,为临床辨证分型研究提供新方法、新思路。方法以1 480例经冠状动脉造影确诊为冠心病患者的70项四诊信息作为数据来源,采用互信息关联方法构建70个节点之间的关联关系,应用Pajek 2.0软件绘制四诊信息复杂网络的可视化图,包括不同类别节点图、不同大小节点图和k-核心网络图,计算网络各属性指标,进行网络的评价及四诊信息分布模式意义的挖掘。结果 70项四诊信息中的47项作为节点参与网络的形成,其余23项为孤立点。度值较大的"倦怠乏力""健忘"和"腰膝酸软"形成网络中心,周围辐射状依次排列着反映气虚、阴虚、血瘀、痰浊、阳虚、热蕴、气滞、脾虚的四诊信息节点的组合网络。由聚类系数为1的节点的"邻居"组成的四诊信息群可能是某种证型的特异性反映。k-核心网络结果提示:四诊信息5-核心网络主要涵盖气虚、气滞、阴虚、阳虚、血瘀5种证型。结论复杂网络分析技术为中医四诊信息分布模式的研究提供了有效的分析方法,具有一定的应用前景。